Vollautomatische Multimaterialbauteile dank digitalisiertem Laserauftragschweißen

Vollautomatische Multimaterialbauteile dank digitalisiertem Laserauftragschweißen

Der Trend zur Diversifikation von Produkten bei immer kürzeren Entwicklungszyklen erfordert flexible, maßgeschneiderte Fertigungsprozessketten. Dafür etabliert das Fraunhofer IWS eine additive Fertigungszelle mit durchgängiger Digitalisierung der Arbeitsabläufe, mittels derer viele Werkstoffe in ein Bauteil integriert werden können. Denn überall dort, wo verschiedene Bauweisen integriert werden und unterschiedliche Werkstoffe zum Einsatz kommen, entstehen leistungsfähigere und leichtere Funktionsbauteile. Beim Forschungsvorhaben Agent-3D_Multi-BeAM gelang es Forschern des Fraunhofer IWS gemeinsam mit den Projektpartnern Rolls-Royce, SKM-Informatik und Siemens aufzuzeigen, wie Triebwerke und Gasturbinen von Multimaterialkonzepten profitieren.

Außerdem erweiterten sie die Prozesskette um digitale Multimaterialfunktionalitäten, sodass sich die Herstellung einer Komponente aus mehreren räumlich platzierten Werkstoffen mit scharfen und gradierten Materialübergängen vollautomatisiert industriell abbilden lässt. Die Grundlage dafür bildet eine umfangreiche digitale Prozessdatenbank. Das Bauteil lässt sich bei gleichbleibender Schichtdicke lagenweise ohne Geometrieabweichungen oder Defekte aufbauen. Für die exakte Werkstoffmischung inklusive ortsaufgelöster Zuweisung zugehöriger Parameter entwickelte das Fraunhofer IWS ein Konzept auf Basis mathematischer Feldfunktionen. Um die Materialzusammensetzung im additiven Bauprozess kontrolliert anpassen zu können, implementierten sie zusätzlich ein modelliertes Zeitverhalten der Pulverförderstrecke sowie die dazugehörige Steuer und Regeltechnik in die CAD / CAM-Software. Auf diese Weise gelang es erstmals, ein metallisches Bauteil bestehend aus drei Werkstoffen vollautomatisch aufzubauen. Perspektivisch wollen sie die entwickelte Technologie auf eine Vielzahl von Werkstoffen erweitern, womit völlig neue Fertigungsszenarien wie die In-situ-Synthese von Legierungen möglich werden.

Quelle: Fraunhofer IWS | Jahresbericht / Annual Report 2020 / 2021